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活性炭用无机酸改性对吸附铬的影响
文章作者:钱柜网络部 更新时间:2019-8-30 16:23:08

  使用活性炭吸附剂处理环境中的污染物是现在普遍的处理方法,主要是因为活性炭具有各种具有不同表面特征的形式。通过操纵活性炭的物理和化学表面特征(例如表面积,孔径,孔体积和官能团)来实现不同的表面性质。为了用于从水溶液中吸附金属离子,所制备的碳的虽然物理结构很好了但是化学性质不是很大,需要重新改性。有时在活性炭上进行化学再活化或二次处理方法以进一步操纵表面性质以改善其去除期间污染物的选择性和吸附效率。因此,在本期我们研究各种浓度的无机酸比如硫酸、磷酸或硝酸为活性炭改性中的活化剂,测试那种活化剂能增强活性炭对铬去除的效果。

  扫描电子显微镜分析

  扫描电子显微镜图像显示在图1a-h中。活性炭的磷酸处理导致具有可见孔隙率的材料(图1a-c)。然而,仔细观察后,孔隙结构和尺寸是不同的。20%浓度改性后的活性炭具有稍微细长的孔,40%表现出均匀的圆形孔,而60%显示出细长和圆形毛孔的混合。这些观察结果表明,不同浓度的磷酸活化的活性炭具有不同的物理属性。在这种情况下,磷酸是活化剂,并且在加热时产生孔道,因为它从碳中逸出,从而带走一些萃取剂。图1d描绘了具有小孔的粗糙纹理,图1e显示了类似巢的类型的孔,图1f显示了孔的破坏和变宽。孔结构和孔体积的变化可归因于活化剂的强度增加。浓度较高的硝酸会破坏表面基团。因此,需要使用最佳浓度的活化剂来防止损害吸附剂的表面特性。浓度太高可能导致结合官能团的提取,使吸附剂吸附性差。

  图1:不同浓度的三种无机酸改性后活性炭的扫描电子显微镜图像。

  测试多种活性炭对铬的吸附情况

  pH值是影响吸附剂的一项重要指标,对于硫酸和硝酸改性的活性炭,pH值从1增加到9,铬的去除率降低,在pH1下去除百分比最高。对于硫酸经处理的活性炭的趋势略有不同,最大去除率为pH4。低于pH2硝酸改性的活性炭去除率最高,但从pH4开始,硫酸改性活性炭表现最佳。用硫酸改性在活性炭表面上赋予一些硫醇基团。然而,硫酸改性的碳去除铬的百分比较低意味着铬对硫基配体的亲和力较低。这可以基于软碱硬酸关系来解释。铬是硬酸,而硫是软基。

  图2:PH的影响。

  吸附物与活性炭的接触时间对吸附效果的影响很大,在接触过程中铬的去除从0到10分钟急剧增加,然后从10分钟减慢到120分钟,最终在硫酸改性的吸附剂中从120到720分钟达到平衡。用磷酸改性的吸附剂观察到相同的趋势,但是在60分钟时更早达到平衡,而对于硝酸改性活性炭,平衡似乎在240和480分钟之间达到。去除百分比没有明显差异从120到720分钟。除了更快的去除动力学之外,磷酸改性的吸附剂显示出比硫酸和硝酸改性的对应物更高的去除百分比,从0到120分钟。据预测,无机酸在浸渍过程中会穿透活性炭孔隙,一旦加热到高温,它们就会通过孔隙与萃取剂一起逸出,留下互补的孔隙。留下的通道通过与所得官能团的物理和化学相互作用帮助吸收吸附物。出于均匀性原因,选择12小时并用作后续实验的最佳时间。

  图3:接触时间的影响。

  各种改性活性炭的吸附能力比较

  对铬实现有效吸附所需的较高剂量可能意味着用硝酸,硫酸对活性炭进行化学氧化和磷酸除去吸附位点。具体地,当考虑所用的剂量和初始浓度时,硫酸和磷酸改性产生的活性炭与没改性的相比具有较差的性能。因此,基于使用不同前体的研究,不能推广酸改性对活性炭性能的影响。对于不同浓度硫酸磷酸改性和20%硝酸改性活性炭,在pH 1下各种吸附剂的处理能力都超过75%最大的硝酸改性活性炭达到了98%,而磷酸改性活性炭的那些性能最大。总的来说,20%硝酸改性的活性炭才是去除铬的最佳吸附剂。

  使用不同浓度(20-60%)的硝酸,硫酸和磷酸化学氧化的活性炭评估从水溶液中生物吸附铬以确定最佳活化剂。根据实验结果表明,活化剂的浓度以及改性剂的类型起着对比作用,因此不能做出一般性假设。每个案例都值得研究,目前的研究首次表明三种酸对活性炭的改性是如何影响铬的去除的。由于所产生的活性炭的化学复杂性,没有一种模型可以解释去除机理。因此,多层吸附等温线更好地说明了制备的活性炭对铬的吸附。最后的各类型的活性炭比较结构发现,20%硝酸改性的活性炭能最大量的吸附水中的铬。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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